回溯法是一种深度优先搜索空间树的算法,算法基本分成两个部分试探部分和回溯部分,试探部分当满足除规模外的全部条件时扩大规模,回溯部分回溯条件有两个,当问题不是合法解和求完一个解要求下一个解的时候都要回溯。典型问题就是求组合数的问题。一般的递归在调用完了自身之后不会有动作了,而回溯不同,他在调用完了自身还是有动作的,一般是个循环,在循环中有可能不停的调用自身。
对于全排列问题,用递归算法相对比较简单,但是效率比较低,效率低的原因是因为要多次调用自己,调用函数是要开销的,而且自己调用自己的过程中会产生大量的局部变量,参数,返回地址都会压在栈中,栈的空间大效率也会降低。组排列问题一般用回溯法来解决,与n皇后问题相类似。
全排列是将一组数按一定顺序进行排列,如果这组数有n个,那么全排列数为n!个。现以{1, 2, 3, 4, 5}为例说明如何编写全排列的递归算法。
1、首先看最后两个数4, 5。 它们的全排列为4 5和5 4, 即以4开头的5的全排列和以5开头的4的全排列。由于一个数的全排列就是其本身(递归终止条件key),从而得到以上结果。
2、再看后三个数3, 4, 5。它们的全排列为3 4 5、3 5 4、 4 3 5、 4 5 3、 5 3 4、 5 4 3 六组数。即以3开头的和4,5的全排列的组合、以4开头的和3,5的全排列的组合和以5开头的和3,4的全排列的组合.从而可以推断,设一组数p = {r1, r2, r3, ... ,rn}, 全排列为perm(p)。因此perm(p) = r1perm(p1), r2perm(p2), r3perm(p3), ... , rnperm(pn)。当n = 1时perm(p} = r1。为了更容易理解,将整组数中的所有的数分别与第一个数交换,这样就总是在处理后n-1个数的全排列。递归的时候每个函数多次的调用自身。
#include <iostream> #include <stdio.h> using namespace std; int n = 0; void swap(int *a, int *b) //数组交换的是地址 { int m; m = *a; *a = *b; *b = m; } void perm(int list[], int k, int m) { int i; if(k > m) //等于也可以 { for(i = 0; i <= m; i++) printf("%d ", list[i]); printf("\n"); n++; } else { for(i = k; i <= m; i++) { swap(&list[k], &list[i]); //用交换就完成了所以的全排列过程 perm(list, k + 1, m); swap(&list[k], &list[i]); //交换完后在交换回来原来的数组 } } } int main() { int list[] = {1, 2, 3, 4, 5}; perm(list, 0, 4); //传递的是数组下表的 printf("total:%d\n", n); return 0; }
下面是组合问题:求一个字符串的所有组合。
假设我们想在长度为n的字符串中求m个字符的组合。我们先从头扫描字符串的第一个字符。针对第一个字符,我们有两种选择:一是把这个字符放到组合中去,接下来我们需要在剩下的n-1个字符中选取m-1个字符;而是不把这个字符放到组合中去,接下来我们需要在剩下的n-1个字符中选择m个字符。这两种选择都很容易用递归实现。
#include <iostream> #include <vector> using namespace std; void combination(char *str); void combination(char *str, int number, vector<char> &result); int main() { char str[] = "abc"; combination(str); return 0; } void combination(char *str) { int length = strlen(str); vector<char> result; for(int i=1; i<=length; i++) combination(str, i, result); } void combination(char *str, int number, vector<char> &result) { if(number == 0) { for(vector<char>::iterator iter = result.begin(); iter != result.end(); ++iter) printf("%c\t", *iter); printf("\n"); return;// 注意这里的return不能丢 } if(*str == '\0') return; result.push_back(*str); combination(str+1, number-1, result); result.pop_back(); combination(str+1, number, result); }
参考
http://www.cnblogs.com/nokiaguy/archive/2008/05/11/1191914.html
http://blog.csdn.net/sharpdew/article/details/755074
http://dongxicheng.org/structure/permutation-combination/